氮化鎵功率半導體將掀起應用市場格局巨變

氮化鎵 (GaN) 功率半導體正持續為那些需要消耗大量能源，但同時長遠地影響全球經濟發展的產業帶來顯著地改變。在資料中心、車用及消費電子等應用市場，GaN 功率元件已開始取代既有使用矽元件的設計方案，重新定義電源系統最佳設計，為市場帶來更小、更輕、更具能源效率的產品。從提升電動車續航里程，到優化資料中心能源使用效率，及縮短消費電子產品充電時間等，這些功能面的優化，皆加速擴大 GaN 功率半導體應用範圍至微型交通、太陽能、電動工具及音響系統等新興應用領域。

加速全球微型交通發展態勢

英國研究公司 The Faraday Institute 指出，全球都市人口密度將於 2050 年前再提高 50%，屆時全球將有 67 億人口全數集中於都市地區。因此，以電動自行車及電動滑板為大宗的微型交通工具，在人口密度持續成長的都市地區逐漸受到重視，被視為能減輕交通壅塞、停車不易等都市交通問題的解決方案，並在油價持續高攀的時代，提供更經濟且永續的交通方式。全球微型交通市場規模預計將於 2028 年突破 693 億美元。

能效、功率密度、輕巧簡約外觀設計及成本效益為設計開發電動微型交通工具的考量重點，基於 GaN 設計的馬達控制驅動器能使整體能效及充電效能提升一個檔次。以電動自行車來說，GaN 功率元件能使馬達控制器尺寸更小、重量更輕，提高能源轉換效率並減少能耗損，進而實現更簡約輕量的外觀設計並延長續航里程，應用於電池充電器上，也能減少充電時間。

市場上已有不少公司正透過基於高性能、高頻率的 GaN 功率電晶體所設計的馬達驅動器、控制器與逆變器，為電動機車、電動自行車、電動滑板車等個人電動交通載具提供創新動力總成 (powertrain) 解決方案，優化整體馬達輸出功率及效率，透過整合高品質、高可靠的 GaN 功率電晶體與先進軟硬體技術，微型交通工具的續航里程最高可延長百分之三十。

當社會、經濟、環境三大面向同步推升微型電動交通工具的需求力道，GaN 功率半導體將扮演實現永續且具經濟效益的未來交通的關鍵角色。

突破太陽能發電效率

全球太陽能市場將以 18% 年複合成長率的速度成長，預估市值將於 2027 年前突破 133 億美元，這股成長動能主要來自技術創新、民生及企業再生能源需求持續攀升、能源轉型及脫碳政策等因素。

GaN 功率半導體正改變太陽能市場格局，為太陽能逆變器、功率優化器及儲能系統，帶來更高效率、更輕巧且耐用的設計解決方案。

太陽能逆變器：透過 GaN 優化效率及可靠性

太陽能逆變器的主要功用在於將太陽能板所產生的直流電轉為符合家庭或工業用的交流電，現存基於矽元件設計的裝置，普遍存在效率低落及功率密度等限制。

GaN 解決了矽基設計的瓶頸，實現更小、更輕、更具成本效益的太陽能發電系統，在大規模布建中簡化安裝流程並帶來顯著的成本節省。透過卓越的材料韌性及可靠性，基於GaN設計的逆變器能降低整體系統維護成本、縮短系統停機時間，同時維持最佳效能。

根據預估，基於 GaN 設計的太陽能微型逆變器，透過頻率提升 10 倍，在開發成本上至少減少 25%；與矽基設計相比，能耗降低 40%，可回收的安裝成本多出 10%。

與微型逆變器的功能類似的太陽能優化器，同樣也將受惠 GaN 技術，減少切換間的能源耗損，同時縮減器件尺寸、減輕重量。GaN 功率元件不僅擁有卓越切換速度，使優化器能實現更快且更精準的能源轉換，GaN 也能使逆變器或優化器更耐高溫、更可靠、並延長使用壽命。

太陽能儲能：透過 GaN 解決效能及成本挑戰

隨普遍消費者對家用太陽能儲能系統的經濟效益愈加重視，高效率雙向運作便成為儲能系統首要功能。GaN 功率半導體將為太陽能儲能帶來巨大變革，無論在高或低功率水平下，皆維持絕佳的充放電效率。

頻藉 GaN 功率半導體優異的操作頻率，基於 GaN 設計的儲能系統，更適合一般家庭日常的應用場景，無論在高或低功率使用情境，儲能系統皆能最大程度地儲存能量，並在需要時更有效率地取用電池系統中的能量。反觀基於矽元件的儲能系統，在低功率情境時通常效率較低落。

GaN 能實現更小、更輕的儲能系統，基於 GaN 設計的儲能系統佔用空間及重量能縮減至現有設計的三分之一，同時大幅減少高達50% 能源耗損，並降低整體物料清單成本。

GaN 功率元件已證實能實現更有效率的太陽能發電與儲能、節省成本、提升可靠度、及優化整體系統效能，為當今能源挑戰提供解決方案。GaN 功率半導體將加速實現更永續且更潔淨的未來，加速再生能源的普及。

電動工具市場蓬勃發展

專業及消費市場需求及技術突破正驅動電動工具市場發展，全球市值預計從 2022 年的 266 億美元成長至 2029 年的預估 351 億美元，其中在建築和汽車產業的需求力道尤為顯著。在聯網功能的工具日漸普及、DIY 文化流行及新興機濟體快速發展等因素帶動下，無線工具受到消費者青睞，利益相關者對此領域的投資也將持續，帶動整體市場發展前景。隨市場擴張、競爭加劇，製造商必須優先考慮創新， 以滿足消費者對性能、功能和價格的期望。

電動工具有多種形式，包括電池運作、有線和汽油驅動，然而有線工具的不便性、燃油引擎所造成的汙染及噪音、以及其他與功率、效率、及成本相關的因素驅使下，「棄油轉電」的趨勢也正在電動工具市場發酵，並同步催生無線功能的普及。

以下原因將帶動 GaN 功率半導體在電動工具市場的應用：

• 大幅改善電動工具的能源效率
• 使機電控制元件尺寸更簡潔，帶來更高的輸出功率
• 加速更輕薄、效率更高的充電器發展，以滿足愈高的電池容量及耐壓需求

GaN 功率半導體不僅將成為未來電動工具的不二選擇，同時也將帶動無線充電的普及。當消費電子設備及高功率電池對更便捷且安全的充電需求愈加明顯，GaN 無線電力傳輸解決方案將更具吸引力。GaN 無線電力傳輸技術將解決功率及距離的限制，加快充電速度、提高電力傳輸功率。

正成為市場主流的 GaN 功率半導體技術

GaN 功率半導體已在資料中心，車用及消費電子等核心應用市場站穩腳步，且正快速拓展對微型交通、太陽能、及電動工具等應用領域的影響力。與此同時，GaN 也在家用電器、LED 照明及 D 類音響等新興應用市場中展露頭角。

GaN 為 D 類音頻矽統所實現的卓越音質與性能、小尺寸及高效率，正顛覆傳統音響市場。AudioControl 最新音頻放大器便是借助 GaN 功率半導體來提升音質水平；Mark Levinson 旗下 Daniel Hertz 所推出的新一代 WiFi 喇叭，也無獨有偶地採用 GaN 功率半導體，將數位音訊完美地轉換為類比音效輸出。

GaN 功率半導體的獨特價值，已在多個具發展前景的產業中證實，提供高效且永續的解決方案。隨應用領域擴張，GaN 正加速產業重塑與創新。